[发明专利]一种基于原型振动响应的大坝及地基弹模动力反演方法

说明书

本发明涉及大坝运行安全监测与管理技术领域，具体的说，是涉及一种基于原型振动响应的大坝及地基弹模动力反演方法。基于大坝原型实测振动响应，采用基于奇异熵定阶的随机子空间方法识别大坝运行期的工作模态参数，并且基于响应面理论，构建了高拱坝及地基分区弹模和模态参数之间的响应面模型，并以响应面模型代替有限元模型；基于原型实测响应识别的模态参数和响应面模型计算的模态参数，建立了大坝及地基分区弹模动力反演的最优化数学模型，采用遗传算法对该数学模型进行寻优求解，反演出各分区弹模最优组合；该方法为运行期大坝及地基分区弹模的反演提供了一种全新的思路。

技术领域

本发明涉及大坝运行安全监测与管理技术领域，具体的说，是涉及一种基于原型振动响应的大坝及地基弹模动力反演方法。

背景技术

中国的坝身泄洪的拱坝具有高水头、大流量的特点，在泄洪时，高速水流对于拱坝运行安全的影响是十分巨大的，严重时会造成结构损坏。因此，大坝可靠性检测和安全评价研究对于保证大坝的长期安全运行就具有重大意义。在高拱坝服役性态安全监测与健康诊断领域，运行期的材料参数的确定至关重要，其是衡量结构安全运行的重要参数。当前，利用大坝原型实测资料反演运行期坝体及其基岩材料参数是一种比较可靠的方法。

有关利用原型实测资料进行大坝材料参数反演的方法主要分为两种：基于静态监测资料的大坝材料参数反演和基于振动测试的材料参数动力反演方法。其中振动模态数据能够更好的反映结构整体力学特征，但对于大刚度的高拱坝而言，现场振动测试较为困难，且受环境背景噪声影响大，只有较低几阶的振动模态数据是可靠的，仍有许多关键技术有待突破。此外，对于分区材料参数反演的研究，主要依靠数值模拟和智能算法来实现，这通常需要大量的有限元计算，计算量大，尽管随着并行技术的发展，大幅度地提高了有限元计算的效率，但数值模拟和智能算法仍然需要很多时间来完成，为此借助响应面法来提高计算效率并减少工作量。

本发明专利基于大坝原型实测振动响应，采用基于奇异熵定阶的随机子空间方法识别大坝运行期的工作模态参数，并且基于响应面理论，构建了高拱坝及地基分区弹模和模态参数之间的响应面模型，并以响应面模型代替有限元模型；基于原型实测响应识别的模态参数和响应面模型计算的模态参数，建立了大坝及地基分区弹模动力反演的最优化数学模型，采用遗传算法对该数学模型进行寻优求解，反演出各分区弹模最优组合；该方法为运行期大坝及地基分区弹模的反演提供了一种全新的思路。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，基于大坝原型实测振动响应，采用基于奇异熵定阶的随机子空间方法识别大坝运行期的工作模态参数，并且基于响应面理论，构建了高拱坝及地基分区弹模和模态参数之间的响应面模型，并以响应面模型代替有限元模型；基于原型实测响应识别的模态参数和响应面模型计算的模态参数，建立了大坝及地基分区弹模动力反演的最优化数学模型，采用遗传算法对该数学模型进行寻优求解，反演出各分区弹模最优组合；该方法为运行期大坝及地基分区弹模的反演提供了一种全新的思路。

本发明提供一种基于原型实测振动响应的大坝及地基分区弹模动力反演方法，通过下述方案实现：

一种基于原型实测振动响应的大坝及地基分区弹模动力反演方法，包括如下步骤：

1)对大坝进行原型振动测试，获取大坝振动加速度或动位移响应，通过基于奇异熵定阶的随机子空间方法进行模态参数识别，确定拱坝工作模态参数；

2)根据原型工程设计及运行资料，确定大坝结构及地基弹模分区，并利用有限元软件建立大坝及地基有限元模型；

3)构建反映大坝及地基各分区弹模参数与结构模态参数之间非线性关系的响应面模型；

构建方法如下：

a.确定变量：以大坝工作模态参数中的频率和振型两个参数作为模态参数变量，将模态参数设为因变量，大坝及地基各分区弹模设为自变量；